2026-06-04 アルゴンヌ国立研究所（ANL）
◆ヒッグスモードは素粒子物理学のヒッグス粒子に類似した振る舞いを示す集団振動であり、超伝導体や量子材料で理論的に予測されてきたが、観測は困難だった。研究チームは先端的なレーザー分光技術を用いて結晶内の電子状態と格子構造の時間変化を詳細に解析し、特定の量子物質においてヒッグスモードが結晶の対称性を動的に変化させることを実証した。この振動は通常の原子振動（フォノン）とは異なり、物質の秩序状態そのものの振幅変動に対応する。
◆今回の成果は、量子相転移や対称性の破れに関する基礎物理学の理解を進展させるだけでなく、光による量子状態制御や次世代量子デバイス設計への応用可能性も示している。研究は量子材料の新たな機能開拓につながる重要な一歩と位置付けられている。
Microscope image of the type of perovskite crystal used in the experiments. Under laser illumination, the crystal emits the green fluorescence shown here. The length of the grains visible in the image are on the order of a few hundred micrometers. (Image by Argonne National Laboratory.)
＜関連情報＞
- https://www.anl.gov/article/scientists-find-an-elusive-vibration-a-higgs-mode-changing-a-crystals-symmetry
- https://www.nature.com/articles/s41563-025-02433-1
コヒーレントなヒッグスモードによって駆動される、二次元ハロゲン化物ペロブスカイト格子における準安定な正方晶相 A metastable tetragonal phase in two-dimensional halide perovskite lattices driven by a coherent Higgs mode
Ayushi Shukla,Sraddha Agrawal,Shoshanna Peifer,Mercouri G. Kanatzidis,Pierre Darancet & Richard D. Schaller
Nature Materials Published:05 January 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s41563-025-02433-1
Abstract
The optoelectronic properties of metal halide perovskites are defined by their coupled structural and photophysical properties, yet their lattice behaviour remains underexplored. Here, using impulsive stimulated Raman spectroscopy, we study light-induced phonon dynamics of two-dimensional butylammonium lead iodide ((BA)2PbI4) films under varying excitation intensities, photon energies and temperatures. We reveal that, whereas (BA)2PbI4 exhibits two thermally accessible orthorhombic phases, optically excited phonons transiently direct the lattice to a distinct, higher symmetry tetragonal phase. We show that bandgap oscillations arise from simultaneous distortions of in-plane and out-of-plane octahedral tilt angles with oscillations following a low-to-high symmetry pathway, marked by two vibrational frequencies independent of intensity—a signature of an optically excited Higgs mode. Notably, the Higgs mode at below-bandgap excitation induces a fourfold larger spectral shift than above-bandgap, where photogenerated charge carriers drive the system away from the optically induced tetragonal phase. This study illustrates how optomechanical coupling influences the optical properties of two-dimensional perovskites.
